重芳烴、多元烴深加工裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及優(yōu)化改進(jìn)措施

李永亭,王希奮,金占壽

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆伊寧 835000)

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司20億m3/a煤制天然氣項目采用碎煤加壓熔渣氣化技術(shù)，以煤為原料，經(jīng)氣化、變換、凈化、甲烷化，最終制成天然氣。該項目主要包括氣化裝置、煤氣水分離裝置、酚回收裝置、凈化裝置、甲烷化裝置，以及空分、熱電、污水處理等附屬配套設(shè)施。該項目加壓氣化裝置有22臺碎煤加壓氣化爐，由于碎煤加壓氣化的溫度較低，粗煤氣中含有部分焦油、酚、氨等雜質(zhì)，并在冷卻過程中隨水一起送至煤氣水分離裝置，由煤氣水分離裝置對煤氣水進(jìn)行油分的分離。

煤氣水分離裝置的主要任務(wù)是分離煤氣水中的溶解氣、重芳烴、多元烴、含塵重芳烴等組分，副產(chǎn)低壓蒸汽[1]。煤氣水分離裝置按6個系列設(shè)計，單系列處理能力為289.5 t/h，由含塵、焦油的煤氣水閃蒸和初分離，含油煤氣水閃蒸和初分離，煤氣水最終分離，以及煤氣水過濾4個部分組成。煤氣水分離裝置利用廢水中氣體減壓膨脹、固體重力沉降的原理分離出溶解氣及副產(chǎn)品重芳烴、多元烴。

油品深加工項目以重芳烴和多元烴為原料，通過三相離心機(jī)對原料重芳烴脫水、除渣后，與多元烴混合，利用脫酚塔、減壓塔兩塔減壓蒸餾工藝，根據(jù)組分的沸點(diǎn)不同將原料中各組分進(jìn)行切割分餾。在脫酚塔頂部采出輕烴，塔側(cè)線采出酚油；在減壓塔頂部采出洗油，塔側(cè)線采出蒽油，底部采出重組分瀝青[2]。

通過脫酚塔、減壓塔連續(xù)減壓蒸餾工藝切割出密度為0.856 g/mL(20 ℃)的輕烴、密度小于0.94 g/mL(20 ℃)的酚油、密度為1.03～1.06 g/mL(20 ℃)的洗油、密度為1.08～1.18 g/mL(20 ℃)的蒽油,以及軟化溫度為75～95 ℃的瀝青。

配套罐區(qū)接收并儲存輕烴、酚油、洗油、蒽油、瀝青、粗酚，并將這些油品裝車外售；同時,增加氨水裝車鶴管對綜合罐區(qū)氨水進(jìn)行裝車外售。輕烴儲罐、酚油儲罐、洗油儲罐、蒽油儲罐、瀝青儲罐、粗酚儲罐收發(fā)料時的揮發(fā)性氣體，以及裝載油品過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體全部送至配套油氣回收系統(tǒng)進(jìn)行回收處理，以達(dá)到環(huán)保排放要求。

針對重芳烴、多元烴深加工裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)了瀝青管線堵塞、三相離心機(jī)出口異味大、三相離心機(jī)堵塞、加熱爐管結(jié)焦、重芳烴含水量高等影響正常運(yùn)行的問題，提出了技術(shù)改造和優(yōu)化措施，以保證裝置安全、穩(wěn)定、滿負(fù)荷運(yùn)行。

1 工藝原理及工藝特點(diǎn)

1.1 蒸餾原理

蒸餾是一種熱力學(xué)的分離工藝，利用混合液體或液-固體系中各組分沸點(diǎn)的不同，使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)再冷凝，以分離整個組分。蒸餾是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合[3]。

重芳烴、多元烴是極其復(fù)雜的混合物，要從重芳烴、多元烴中提煉出輕烴、酚油、洗油、蒽油及瀝青產(chǎn)品，其基本途徑是將重芳烴、多元烴分割為不同沸程的餾分。蒸餾是最經(jīng)濟(jì)、最容易實(shí)現(xiàn)的分離手段，它能夠?qū)⒁后w混合物按其所含組分的沸點(diǎn)或壓力的不同而分離為輕重不同的各種餾分[4]。國內(nèi)外成熟的煤焦油連續(xù)蒸餾的工藝流程較多，單就蒸餾塔的操作壓力而言，可分為減壓蒸餾、常壓蒸餾和常減壓蒸餾三大類。該項目采用減壓蒸餾工藝，采用高通量、高效率的塔盤，提高了產(chǎn)品分離精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 裝置工藝特點(diǎn)

根據(jù)重芳烴含有大量喹啉不溶物(固體雜質(zhì))及水分的特點(diǎn)，設(shè)置了三相離心機(jī)(M101A/B)進(jìn)行固-液-油的三相分離,過濾脫除重芳烴中的部分水分及 50 μm 以上的固體顆粒。

采用脫水罐和脫酚塔進(jìn)一步脫除重芳烴及多元烴中的水分，并且在脫酚塔的側(cè)線采出富含酚類化合物的酚油產(chǎn)品，作為二期提酚單元的原料。

脫酚塔采用重沸爐的工藝流程，可以有效控制洗油中酚的含量，提高酚油的收率，同時省去了后續(xù)減壓塔脫水的必要性，避免了減壓塔頂油水難以分離的風(fēng)險。為了避免脫酚塔底重沸爐結(jié)焦，脫酚塔采用負(fù)壓操作。

洗油、蒽油與瀝青的分離采用減壓蒸餾工藝，以降低蒸餾溫度。減壓塔操作壓力為-80 kPa，減壓塔頂抽出洗油產(chǎn)品，塔側(cè)線抽出蒽油產(chǎn)品，塔底采出瀝青產(chǎn)品。

重沸爐、減壓進(jìn)料加熱爐設(shè)置聯(lián)合余熱回收系統(tǒng)，設(shè)置空氣預(yù)熱器，集中回收煙氣余熱。

重芳烴、多元烴深加工裝置中對各高溫部位的能量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，能量得到了充分利用，如脫酚塔中段酚油、減壓塔中段蒽油、減壓塔底瀝青，均通過與脫酚塔的進(jìn)料進(jìn)行換熱，減少了脫酚塔底重沸爐燃料氣的消耗。

2 工藝流程

2.1 重芳烴脫水流程

從綜合罐區(qū)來的原料重芳烴進(jìn)入三相離心機(jī)進(jìn)行固-液-油三相分離，分離后重芳烴中含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%、含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%的油相進(jìn)入原料油緩沖罐，分離的水自流至酚氨水罐，經(jīng)酚氨水泵送至上游煤氣水分離裝置,酚氨水也作為三相離心機(jī)停車時的沖洗水。三相離心機(jī)處理的重芳烴油渣收集至油渣槽定期運(yùn)至廢渣場定點(diǎn)處理，要求廢渣中含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50%。

2.2 脫酚塔流程

三相離心機(jī)分離的油相帶壓自流至原料油緩沖罐，由原料油進(jìn)料泵增壓至0.5 MPa與從綜合罐區(qū)多元烴裝車泵來的多元烴混合，然后經(jīng)脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅰ換熱至88 ℃，再經(jīng)原料油加熱器升溫至107 ℃后進(jìn)入脫水罐。脫水罐頂部氣相直接進(jìn)入脫酚塔第26塊塔板被塔頂回流液吸收，脫水罐底部液相經(jīng)原料油升壓泵升壓至0.5 MPa后，與脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅱ換熱至125 ℃，然后經(jīng)瀝青/原料油換熱器換熱至170 ℃，再經(jīng)減壓塔中段油/原料油換熱器換熱至229 ℃，進(jìn)入脫酚塔第10塊塔板進(jìn)行蒸餾。

脫酚塔頂氣相經(jīng)脫酚塔頂水冷器冷卻至40 ℃后進(jìn)入脫酚塔頂回流罐分水沉降，回流罐頂部氣相進(jìn)入抽真空系統(tǒng)，控制脫酚塔頂壓力為-30 kPa，真空系統(tǒng)出口不凝氣送至火炬系統(tǒng)?；亓鞴尬鬯粤髦练影彼?，油相一部分作為輕烴產(chǎn)品由脫酚塔頂回流泵送至罐區(qū)輕烴儲罐，另一部分作為脫酚塔塔頂回流。

脫酚塔中段從第18塊塔板采出酚油，經(jīng)脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅰ、脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅱ冷卻后,一部分回流至第22塊塔板，另一部分作為酚油產(chǎn)品經(jīng)酚油水冷器冷卻至40 ℃送至罐區(qū)酚油儲罐。脫酚塔塔底油由脫酚塔底重油泵升壓至0.5 MPa后，一部分經(jīng)脫酚塔底重沸爐加熱后返回脫酚塔，另一部分經(jīng)減壓塔進(jìn)料加熱爐加熱后送入減壓塔塔底繼續(xù)減壓蒸餾。

2.3 減壓塔流程

減壓塔塔頂油氣經(jīng)減壓塔頂空冷器冷卻至50 ℃后進(jìn)入減壓塔頂回流罐，不凝氣經(jīng)減壓塔頂水冷器冷卻后，經(jīng)塔頂抽空系統(tǒng)抽出送至火炬系統(tǒng)，控制減壓塔頂壓力為-80 kPa。減壓塔頂回流罐內(nèi)洗油經(jīng)減壓塔頂回流泵增壓至0.5 MPa后，一部分回流至減壓塔頂部，另一部分作為洗油產(chǎn)品送至罐區(qū)洗油儲罐。減壓塔中段抽出蒽油經(jīng)減壓塔中段油泵增壓至0.8 MPa，經(jīng)減壓塔中段油/原料油換熱器換熱至238 ℃后，一部分回流至減壓塔中段，另一部分經(jīng)蒽油空冷器冷卻至60 ℃作為蒽油產(chǎn)品送至新建罐區(qū)蒽油儲罐。塔底瀝青經(jīng)減壓塔底重油泵增壓至0.7 MPa后經(jīng)瀝青/原料油換熱器降溫冷卻至170 ℃送至罐區(qū)瀝青儲罐。重芳烴、多元烴深加工工藝流程見圖1。

C-101—脫酚塔；C-102—減壓塔；E-101—脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅰ；E-102A/B—瀝青/原料油換熱器；E-103A/B—脫酚塔頂水冷器；E-104A/B—酚油水冷器；E-105—原料油加熱器；E-107—減壓塔原料油/中段油換熱器；E-108—脫酚塔中段油/原料油換熱器Ⅱ；P-102A/B—脫酚塔頂回流泵；P-101A/B—原料油進(jìn)料泵；P-103A/B—脫酚塔中段油泵；P-104A/B—脫酚塔底重油泵；P-105A/B—酚氨水泵；P-106A/B—原料油升壓泵；P-107A/B—減壓塔中段油泵；P-108A/B—減壓塔泵；P-109A/B—減壓塔頂回流泵；F-102—減壓塔進(jìn)料加熱爐；F-101—脫酚塔底重沸爐；D-105—脫水罐；D-104—酚氨水罐；D-103—減壓塔頂回流罐；D-102—脫酚塔頂回流罐；D-101—原料油緩沖罐；M-101A/B—三相離心機(jī)；A-101—蒽油空冷器；A-102A/B—減壓塔頂空冷器；PK-101—引氣風(fēng)機(jī)；PK-102—鼓氣風(fēng)機(jī)。

3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及優(yōu)化改進(jìn)措施

3.1 重芳烴含水量高

重芳烴中的含水量高，最高時含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)10%。含水量高造成三相離心機(jī)分離效果差，三相離心機(jī)運(yùn)行負(fù)荷高且負(fù)荷調(diào)整操作難度大、耗時長，脫酚塔、減壓塔的工況波動大、能耗高且運(yùn)行不穩(wěn)定。

處理措施：煤氣水分離裝置新增重芳烴蒸餾裝置。當(dāng)重芳烴含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%以下時，通過重芳烴輸送泵將重芳烴送至重芳烴分液罐，當(dāng)重芳烴分液罐液位達(dá)到80%時，利用0.5 MPa低壓蒸汽加熱調(diào)節(jié)重芳烴分液罐溫度在85 ℃，靜置分離8 h后，在4#、5#取樣口取樣分析。當(dāng)含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%時，打開重芳烴蒸餾裝置側(cè)面8 m或9 m處排水閥門，啟動重芳烴輸送泵向初焦油分離器返水；返水合格后重芳烴送至重芳烴加熱器，利用0.5 MPa低壓蒸汽加熱至100 ℃后進(jìn)入重芳烴蒸餾裝置，當(dāng)重芳烴分液罐液位達(dá)到80%時,停止進(jìn)料。利用0.5 MPa低壓蒸汽對重芳烴蒸餾裝置加熱，溫度控制在95～100 ℃，通過升溫將重芳烴中的煤氣水汽化，呼吸氣經(jīng)過呼吸氣冷卻器冷卻至70 ℃，冷卻廢水送入泥漿液槽。重芳烴蒸餾裝置中的重芳烴經(jīng)過加熱、蒸餾、脫水，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至5%以內(nèi)送至綜合罐區(qū)。

3.2 三相離心機(jī)堵塞

重芳烴來料中含油渣、粉煤雜質(zhì)多時，多次出現(xiàn)三相離心機(jī)堵停。煤氣水分離裝置配備2臺三相離心機(jī)，1臺堵停后立即切換至備用三相離心機(jī)運(yùn)行，偶爾也會出現(xiàn)備用三相離心機(jī)堵停，造成2臺三相離心機(jī)同時堵停的情況。

處理措施：煤氣水分離裝置新增三相離心機(jī)，以分離重芳烴中的油渣、粉煤，重芳烴經(jīng)煤氣水分離裝置的三相離心機(jī)分離油渣、粉煤后送重芳烴蒸餾裝置處理后再送至綜合罐區(qū)。

3.3 三相離心機(jī)出口異味大

重芳烴通過三相離心機(jī)進(jìn)行固-液-油三相分離，分離后的重芳烴油渣收集至油渣槽定期運(yùn)至廢渣場定點(diǎn)處理。由于三相離心機(jī)出口、油渣回收槽都是敞口狀態(tài)，運(yùn)行過程中油渣不能及時被運(yùn)走，現(xiàn)場異味大，刮風(fēng)時異味經(jīng)常飄至生活區(qū)及周邊村莊，導(dǎo)致環(huán)保壓力大。

處理措施：對三相離心機(jī)油渣出口及油渣回收槽進(jìn)行技術(shù)改造，對三相離心機(jī)油渣出口及出料口進(jìn)行封閉處理。增設(shè)油氣回收裝置，三相離心機(jī)油渣出口及出料口頂部接入油氣回收裝置，出料口直接進(jìn)入密封的翻斗車內(nèi)，2輛翻斗車交替運(yùn)行，保證出料密封儲存運(yùn)輸。

3.4 瀝青管線堵塞

重芳烴、多元烴深加工裝置運(yùn)行一段時間出現(xiàn)減壓塔塔底瀝青液位上漲、減壓塔底重油泵出口壓力高、瀝青儲罐液位不增加等情況，分析判斷為減壓塔底重油泵至罐區(qū)瀝青儲罐管線堵塞。

根據(jù)設(shè)計要求，瀝青的軟化溫度應(yīng)控制在72 ℃。減壓塔塔底瀝青經(jīng)減壓塔底重油泵送出，經(jīng)瀝青/原料油換熱器降溫冷卻，降溫速度過快造成瀝青軟化。瀝青軟化后黏度增大，當(dāng)溫度降至52 ℃以下后瀝青凝固，造成堵塞情況。

處理措施：

(1)現(xiàn)場接膠管并使用1.5 MPa蒸汽通向減壓塔底重油泵出口導(dǎo)淋，對堵塞管線進(jìn)行吹除。

(2)對減壓塔底重油泵出口至瀝青儲罐間管線新增1.5 MPa蒸汽伴熱，保證瀝青不低于52 ℃。

(3)降低瀝青的軟化溫度，通過降低減壓塔的溫度將瀝青的軟化溫度控制在55～65 ℃。

減壓塔底重油泵出口至瀝青儲罐間管線疏通后，采取以上措施運(yùn)行至今未出現(xiàn)過減壓塔底重油泵出口至瀝青儲罐間管線堵塞情況。

3.5 爐管結(jié)焦

脫酚塔底重沸爐、減壓塔進(jìn)料加熱爐入口重油壓力設(shè)計均為0.5 MPa，從重芳烴、多元烴深加工裝置投料運(yùn)行開始，脫酚塔底重沸爐壓力漲到 0.78 MPa,減壓塔進(jìn)料加熱爐壓力上漲到1.4 MPa。為保證脫酚塔底重沸爐出口溫度，重芳烴、多元烴深加工裝置100%運(yùn)行期間脫酚塔底重沸爐加熱燃料氣體積流量由最初的200 m3/h上漲到310 m3/h。為保證減壓塔進(jìn)料加熱爐出口溫度，減壓脫酚塔底重沸爐和減壓塔進(jìn)料加熱爐的進(jìn)料加熱爐加熱燃料氣體積流量由200 m3/h上漲到300 m3/h。根據(jù)減壓塔進(jìn)料加熱爐出口重油壓力、爐膛溫度上漲趨勢及燃料氣增加流量分析判斷脫酚塔底重沸爐和減壓塔進(jìn)料加熱爐的爐管出現(xiàn)了結(jié)焦。

處理措施：對脫酚塔底重沸爐、減壓塔進(jìn)料加熱爐進(jìn)行爐管燒焦處理。經(jīng)過48 h燒焦工作后，爐膛降至常溫后自然通風(fēng)，受限空間程序辦理相關(guān)手續(xù)后進(jìn)入爐內(nèi)檢查。爐管熱電偶測量元件、爐管掛鉤、轉(zhuǎn)向彎頭、爐管外壁均無變形；爐內(nèi)澆注料、主火嘴、長明燈等附件完好。燒焦結(jié)束后爐管全程通入脫鹽水，測試脫酚塔底重沸爐、減壓塔進(jìn)料加熱爐進(jìn)出口壓降正常，通過內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)異常雜物；系統(tǒng)冷態(tài)時對脫酚塔底重沸爐、減壓塔進(jìn)料加熱爐的進(jìn)出口彎頭、轉(zhuǎn)向彎頭處進(jìn)行壁厚測量，燒焦結(jié)束后再對進(jìn)出口彎頭、轉(zhuǎn)向彎頭進(jìn)行壁厚測量，對彎頭處結(jié)焦情況及沖刷情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,結(jié)果均在控制范圍內(nèi)，判斷已達(dá)到清焦目的。

重芳烴、多元烴深加工裝置通過升溫、恒溫、投料開車、系統(tǒng)負(fù)荷加至100%負(fù)荷共計用時56 h。重芳烴、多元烴深加工裝置脫酚塔底重沸爐壓力下降到1.4 MPa,減壓塔進(jìn)料加熱爐壓力下降到0.15 MPa；脫酚塔底重沸爐加熱燃料氣體積流量由310 m3/h降到180 m3/h；減壓塔進(jìn)料加熱爐加熱燃料氣流量由300 m3/h降到120 m3/h。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析及工藝優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)最新環(huán)保相關(guān)規(guī)定，重芳烴、多元烴被定為危廢品，2021年重芳烴、多元烴的銷售價格及重芳烴、多元烴深加工后的產(chǎn)品銷售金額見表1、表2。

表1 重芳烴及多元烴銷售價格

表2 重芳烴及多元烴深加工后產(chǎn)品銷售價格

由表1、表2可以看出：每年重芳烴、多元烴銷售額總計約為3.266 7億元；每年所得產(chǎn)品銷售額總計約為4.472 5億元。根據(jù)目前市場價格年凈利潤可增加約1.205 8億元。由于設(shè)計年處理重芳烴能力為12萬t，仍有2萬t能力富余，因此計劃2022年外購重芳烴2萬t，配比剩余的1.73萬t多元烴進(jìn)行深加工,可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

由表2可以看出：除酚氨水外，瀝青的銷售單價最低。因此，可通過減少瀝青產(chǎn)量、增大其他產(chǎn)品產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)銷售凈利潤最大化。

減少瀝青產(chǎn)量的措施有：

(1)增大減壓塔的真空度，增加蒽油、洗油的產(chǎn)量。

(2)調(diào)整減壓塔的溫度以加大洗油、蒽油的產(chǎn)量。

(3)降低減壓塔的溫度，通過控制瀝青的軟化溫度來實(shí)現(xiàn)減少瀝青產(chǎn)量的目的。根據(jù)運(yùn)行期間分析總結(jié)減壓塔的溫度由設(shè)計370 ℃降至300 ℃時可實(shí)現(xiàn)煤瀝青產(chǎn)量最低。

5 現(xiàn)運(yùn)行合理化建議

(1)由于多元烴不經(jīng)過三相離心機(jī)，所以多元烴中的含水量高會造成脫酚塔工況波動大、能耗高、運(yùn)行不穩(wěn)定。建議增設(shè)多元烴蒸餾裝置，蒸餾分離多元烴中的水分。

(2)脫酚塔加熱爐加負(fù)荷提溫速度慢，爐溫控制操作難度大。脫酚塔加熱爐只有1個加熱燒嘴，造成爐內(nèi)火焰分布不均勻，對路管的加熱出現(xiàn)偏燒等受熱不均的情況。建議將加熱燒嘴技改為2個或4個，對爐內(nèi)進(jìn)行加熱。

(3)水環(huán)真空泵循環(huán)水采用脫鹽水作為密封水，密封水排至污油罐，污油罐體積僅有5 m3。當(dāng)污油罐液位漲至75%時就要現(xiàn)場啟動污油泵將三相離心機(jī)分離出來的水和固體中夾帶的污油返回煤氣水分離裝置。每班啟泵5～6次，過于頻繁。建議增大污油罐體積或?qū)⑽塾捅眉几臑樽詣訂印?/p>

6 結(jié)語

重芳烴、多元烴深加工裝置是伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司20億m3/a煤制天然氣項目2021年的重點(diǎn)技改項目。該裝置自2021年10月7日開車以來經(jīng)歷了不斷地技術(shù)改造，目前裝置運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，完全能夠處理自產(chǎn)重芳烴10萬t、多元烴6.67萬t，產(chǎn)品蒽油、洗油、酚油、輕烴、瀝青合格，銷售渠道暢通。重芳烴、多元烴深加工裝置的優(yōu)化改進(jìn)避免了重芳烴和多元烴銷售、運(yùn)輸困難，以及庫存壓力大導(dǎo)致系統(tǒng)降負(fù)荷運(yùn)行的情況，優(yōu)化了公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升了經(jīng)營效益，緩解了環(huán)保壓力。